3.ピクセルラダーの品質検査(QA

Report
立教大学 河西実希
秋葉康之A, 秋元亮二B, 浅野秀光C, 池上祐司A, 延與秀人A, 金谷淳平A, 栗田和好, 黒澤真城A, 霜田進A,
関本美知子D, 竹谷篤A, 野宮芳雄A, 羽木洋介, 橋本公瑛, 藤原康平E, 山田豊A, Chuck Pancake F ,
Eric J. MannelG, Eugene ShaftoF, Nicole Apadula F, Stephen BaumgartA 他PHENIX VTX group
理研A, 東大CNSB, 京大理C, KEKD, 都立産技研E, Stony Brook Uni. F, Nevis Labs Columbia Uni. G
1
陽子スピンの構造
QGP (Quark Gluon Plasma)
重イオン(金原子核)衝突
 重クォークにおける
ジェットクエンチング現象

偏極陽子衝突
グルオン偏極度の精密測定
・ 重クォーク
・ g + ジェット
⇒重クォーク(チャーム, ボトム)イベントの識別のため、
2010年シリコン崩壊点検出器(VTX)を衝突点最近傍に設置する。
p, Au
VTX
p, Au
要求精度
• アクセプタンス: |h| < 1.2, f < 2p.
• 崩壊距離測定分解能 ~xxmm.
• 運動量分解能 : sp/p ~ xx %
• 低物質量 : X/X0<xxx%
- ピクセル : xx% / layer
- ストリップ: xx% / layer
2
<ピクセルラダーの概略図>
ピクセルフルラダー
Cu-Al信号読み出しバス 2枚(左側、右側)
250mm
13.8mm
エポキシ系接着剤
(Araldite2011)
ピクセルセンサーモジュール×4
エポキシ系接着剤
(Araldite2011)
ステイブ(支持体+冷却系)
ピクセル層
(r=2.5cm, 5.0cm)
ストリップ層
(r=11.6cm, 16.5cm)
 アクセプタンス
|h|<1.2, almost 2p in f
 ピクセル層(内層2層)
1層目:10ラダー
2層目:20ラダー
⇒計30組立予定。
 ストリップ層(外側2層)
<ピクセルラダーの断面図>
ワイヤーボンディング
+ 封止剤( Sylgard186 )
バス
(400mm)
センサー
チップ
接着剤(100mm)
バンプボンディング
接着剤(100mm)
ステイブ
3
今後の流れ
組み立てられたラダー
ラダーの輸送
QAテスト@理研
QAテスト@BNL
ワイヤーの完全封止
QAテスト@理研
組み込み、実験開始
4
3.ピクセルラダーの品質検査(QA)
品質検査(QA)
読み出しチップの制御とデータの取得が読み出しバスを通して
行なえる事を確認する。
 パラメータ設定
・読み出しチップのthreshold設定
・読み出しチップの各DAC の設定
・Noisy pixelのマスク
 テストパルスを用いる試験
⇒テストパルスを各読み出しチップへ与え、そのデータを取得で
きるかを試験する。
 放射線源(90Sr)を用いる試験
⇒ 90Sr から放射されるb線のヒットをセルフトリガで捉える。
5
3.ピクセルラダーの品質検査(QA)
セットアップ
FEM
(Front End Module)
SPIRO
PC
(DAQ)
SPIRO エクステンダー
(読み出し) (フレキシブル基板)
ラダー
LV
(ラダー)
HV
(センサー)
電圧供給源
6
3.ピクセルラダーの品質検査(QA)
セットアップ
FEM
SPIRO
エクステンダー
ラダー
7
3.ピクセルラダーの品質検査(QA)
セットアップ
FEM
SPIRO
PC (DAQ)
SPIRO
エクステンダー
ラダー
LV
(ラダー)
HV
(センサー)
電源供給源
8
3.ピクセルラダーの品質検査(QA)
ラダーを0℃の冷媒(フッ素系
液体HFE)で冷却しなければい
けない。
問題点
1. 室温・湿度の変化 ⇒ 結露
2. チラーの故障
⇒ ラダーの熱損傷
セットアップ
FEM
SPIRO
PC (DAQ)
SPIRO
エクステンダー
ラダー
LV
(ラダー)
HV
冷却
(センサー)
電源供給源
チラー
(冷媒 : 0℃)
9
3.ピクセルラダーの品質検査(QA)
解決策
1. 結露
⇒ 窒素ガスで充填した専用の筐体にラダーを入れ、湿度をモニターする。
セットアップ
FEM
N2 ガス
PC (DAQ)
ベンチボックス
SPIRO
SPIRO
エクステンダー
ラダー
湿度計
LV
(ラダー)
HV
冷却
(センサー)
電源供給源
チラー
(冷媒 : 0℃)
10
3.ピクセルラダーの品質検査(QA)
ベンチボックス
ピクセルラダー
N2 ガス(出口)
冷媒(出口)
バブラー
湿度計
シリコンゴム
冷媒(入口)
N2 ガス(入口)
11
3.ピクセルラダーの品質検査(QA)
解決策
1. 結露
⇒ 窒素ガスで充填した専用の筐体にラダーを入れ、湿度をモニターする。
セットアップ
FEM
N2 ガス
PC (DAQ)
ベンチボックス
SPIRO
SPIRO
エクステンダー
ラダー
湿度計
LV
(ラダー)
HV
冷却
(センサー)
電源供給源
チラー
(冷媒 : 0℃)
12
3.ピクセルラダーの品質検査(QA)
解決策
1. 結露
⇒ 窒素ガスで充填した専用の筐体にラダーを入れ、湿度をモニターする。
2. ラダーの熱損傷 ⇒ 冷媒の流量・温度をモニターする。
セットアップ
FEM
N2 ガス
PC (DAQ)
ベンチボックス
SPIRO
SPIRO
エクステンダー
ラダー
湿度計
LV
(ラダー)
HV
(センサー)
電源供給源
温度計
冷却
流
量
計
チラー
(冷媒 : 0℃)
13
3.ピクセルラダーの品質検査(QA)
条件@室温
1. 筐体内の湿度 : 5%以下
2. 冷媒の温度 : 5℃以下
3. 冷媒の流量 : 0.5L/min以上
セットアップ
FEM
N2 ガス
PC (DAQ)
ベンチボックス
SPIRO
SPIRO
ラダー
湿度計
エクステンダー
LV
(ラダー)
5%以下
HV
(センサー)
電源供給源
温度計
流
量
計
5℃以下
冷却
0.5L/min以上
チラー
(冷媒 : 0℃)
14
3.ピクセルラダーの品質検査(QA)
条件@室温
1. 筐体内の湿度 : 5%以下
2. 冷媒の温度 : 5℃以下
3. 冷媒の流量 : 0.5L/min以上
セットアップ
FEM
N2 ガス
PC (DAQ)
ベンチボックス
SPIRO
SPIRO
エクステンダー
ラダー
湿度計
LV
(ラダー)
HV
(センサー)
電源供給源
温度計
冷却
流
量
計
チラー
(冷媒 : 0℃)
15
3.ピクセルラダーの品質検査(QA)
条件@室温
1. 筐体内の湿度 : 5%以下
2. 冷媒の温度 : 5℃以下
3. 冷媒の流量 : 0.5L/min以上
インターロック系の導入
一つでも条件から外れた場合、電磁弁が閉じ
さらに3つの電源供給源はOFFになる。
セットアップ
FEM
N2 ガス
PC (DAQ)
ベンチボックス
SPIRO
SPIRO
エクステンダー
ラダー
湿度計
LV
(ラダー)
HV
(センサー)
電源供給源
温度計
ON
出
力
OFF
流
量
計
冷却
電
磁
弁
制御ボックス
チラー
(冷媒 : 0℃)
16
3.ピクセルラダーの品質検査(QA)
制御ボックス
警告ランプ
緑 : 正常
赤 : エラー
正面
電磁弁
出力
湿度
裏
温度
流量
ベンチボックスから
流量計
チラーへ
電磁弁開
電磁弁閉
温度計
電磁弁
湿度 [%]
温度[℃]
ベンチボックスへ
チラーから
17
3.ピクセルラダーの品質検査(QA)
QA テストベンチ
@理研
電圧供給源
制御ボックス
FEM
ラダー + ベンチボックス
インターロック系を含むQAテストベンチを理研・BNLにセットし、
SPIRO + エクステンダー
QAテストを行うことができる。
@BNL
電圧供給源
制御ボックス
FEM
SPIRO + エクステンダー
ラダー + ベンチボックス
18
左側ラダー
右側ラダー
50mm
32 column
256 row
256 row
Chip 1 2 3 4 5 6 7 8 1 2 3 4 5 6 7 8
425mm
32 column
 チャンネル数 : 256 [row] ×32 [column] = 8192 [pixel]
 ピクセルサイズ : 50mm×425mm
<ALICE1LHCb r/o チップ>
19
4.結果
テストパルス試験(入力)
256 row
Chip 1 2 3 4 5 6 7 8 1 2 3 4 5 6 7 8
Chip1
32 column
左側ラダー
右側ラダー
Chip2
Chip3
Chip4
Chip5
Chip6
Chip7
Chip8
Chip2
Chip3
Chip4
Chip5
Chip6
Chip7
Chip8
左側ラダー
テストパルス入力
Chip1
右側ラダー
テストパルス入力
20
4.結果
テストパルス試験(出力)
左側ラダー
Chip1
Chip2
256 row
Chip 1 2 3 4 5 6 7 8 1 2 3 4 5 6 7 8
32 column
左側ラダー
右側ラダー
Chip3
Chip4
Chip5
Chip6
Chip7
Chip8
Chip3
Chip4
Chip5
Chip6
Chip7
Chip8
右側ラダー
Chip1
Chip2
21
4.結果
b線試験
256 row
Chip 1 2 3 4 5 6 7 8 1 2 3 4 5 6 7 8
90Sr
32 column
左側ラダー
右側ラダー
左側ラダー
Chip1
Chip2
Chip3
Chip4
Chip5
Chip6
Chip7
Chip8
テストパルス試験とb線試験の結果より、
ラダーが正常に動作していることを確認した。
現在、組み立てられたラダーのQAテストを順次行っている。
右側ラダー
Chip1
Chip2
Chip3
Chip4
Chip5
Chip6
Chip7
Chip8
22


QAテストベンチにインターロック系を組み込んだ。
理研・BNLでQAを行うことができる。

現在、6台のピクセルラダーを組み立て、順次QAテ
ストを行っている。

2010 年PHENIX 本体へのインストールが行われ、
シリコン崩壊点検出器として実験を開始する。
23
24
2. シリコン崩壊点検出器 (VTX)
ピクセルラダーの構成
< ピクセルセンサー>
<ALICE1LHCb r/o チップ>
13.92mm
56.72mm
×4 chips
 厚さ : 150mm
 チャンネル数 : 8192個
 厚さ : 200mm
 ピクセルサイズ : 50mm×425mm
 ピクセル数 : 8192×4 個
15mm
57mm
~380mm
<ピクセルセンサーモジュール>
1つのセンサー と 4枚のチップをバンプボンディング接合する。
ピクセルセンサー
~30mm
チップ
<断面図>
25

similar documents